一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法

【技术实现步骤摘要】
一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法


[0001]本专利技术涉及一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法，属于陶瓷膜材料的制备领域
。

技术介绍

[0002]冶金
、
石油
、
化工
、
电力等工业过程中会产生大量的高温含尘烟气，这些烟气中常含有氮氧化物
、
氧化硫及二噁英等有害气体，直接排放会造成严重的环境污染，需要除尘后才能采用催化氧化等工艺进行脱除
。
多孔陶瓷膜因其具有出色的化学稳定性
、
机械强度和抗热震性能等优点，在气固分离领域应用前景广泛
。
高孔隙率是多孔陶瓷膜材料的重要特性，通常情况下，孔隙率越高，气体渗透性能越好，同时高孔隙率可以提供更大的比表面积，从而增强材料的吸附能力和反应速率
。
[0003]传统的陶瓷膜制备采用层层堆积的方式，一般由支撑层
、
过渡层和分离层构成，其中支撑层的作用是增加膜的机械强度，过渡层的孔径比支撑层的孔径小，其作用是防止膜层制备过程中颗粒向多孔支撑层的渗透，整个膜的孔径分布由支撑层到膜层逐渐减小，形成不对称的结构分布
。
范益群等人
[
化工学报
, 2013, 64(01):107
‑
115]介绍了层层制备陶瓷膜能够获得较为致密的结构，但制备过程繁琐
、
成本昂贵，且制得的陶瓷膜孔隙率相对较低，通常为
30%/>‑
35%
，限制了其在一些领域中的应用
。
[0004]为提高陶瓷膜的孔隙率，研究人员采用多种改进方法进一步优化了制膜工艺，目前已经成熟的制备方法主要有添加造孔剂法
、
牺牲模板法等，但通常存在设备要求高，造孔剂材料成本难以控制，有机物热解时间长
、
能耗高等问题
。Wei
等人
[J Membr Sci, 2017, 540: 381
‑
390]使用活性炭作为造孔剂制备大孔碳化硅载体，并在其上喷涂碳化硅晶须层修饰的碳化硅膜进行烧结
。
结果表明，
1500
ꢀ°
C
烧结的陶瓷膜平均孔径为
2.31
µ
m
，孔隙率为
40%
，气体渗透性为
105.2 m3m
‑2h
‑1kPa
‑1，对于直径小于
0.3 μ
m
粉尘的除尘效率为
99.95%。Qiao
等人
[J Membr Sci, 2020, 594, 117464]以超细
Al
‑
DTPA
纤维作为牺牲中间层，制备的非对称
、
无过渡层的高孔隙率陶瓷膜，平均孔径为2‑
5 μ
m
，气体渗透性为
240
‑
277 m3m
‑2h
‑1kPa
‑1，对于直径小于
0.5 μ
m
粉尘的除尘效率为
99.8%。
[0005]基于上述缺陷，本专利技术公开了一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法，通过快速搅拌将气体引入到陶瓷悬浮液中，产生细密且稳定的泡沫，陶瓷粉末在界面张力作用驱动下于气
‑
液界面处定向自组装，经过干燥
、
烧结获得稳定且多孔的陶瓷膜材料
。
其简单
、
高效和低成本的特点，可以有效降低制备工艺的经济负担，促进高孔隙率陶瓷膜材料在气固分离领域的大规模制备和应用
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为改进现有技术的缺陷而提出基于直接发泡法制备高孔隙率陶瓷膜，简化了制备工艺，降低了成本
。
同时，通过控制陶瓷粉体种类
、
陶瓷粉体粒径
、
悬浊液的浓度
、pH
值以及表面活性剂的添加量，可以调节陶瓷膜孔隙率，以应用于气固分离领域
。
[0007]本专利技术的技术方案为：一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法，其具体步骤如下：
A、
常温常压下，将一定粒径的陶瓷粉末与水按（
0.3
‑
0.6
）：1的质量比进行混合并搅拌均匀，制得陶瓷悬浊液，将陶瓷悬浊液的
pH
值调节为8‑
11
，按陶瓷悬浊液质量的
0.03%
‑
0.15%
加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（
CTAB
），搅拌一定时间形成湿泡沫
。B、
将湿泡沫注入环形注模模具，在室温下干燥4‑
12 h
，再置于
40 ℃
至
100 ℃
环境中干燥6‑
24 h
，脱模后经煅烧过程得到高孔隙率陶瓷膜
。
[0008]优选所述的陶瓷粉末的种类为
Al2O3、TiO2、Y2O3、ZrO2、SiO2、SiC、Si3N4或莫来石中的一种或几种
。
[0009]优选所述的陶瓷粉末的粒径为
0.5
‑
10 μ
m。
[0010]优选所述的调节陶瓷悬浊液
pH
值的溶液为
NaOH
溶液
。
[0011]优选所述的制膜液搅拌速度为
1500
‑
3000 rpm
，搅拌时间为5‑
25 min。
[0012]优选所述的煅烧过程为：将生坯在
1200
‑
1800 ℃
下煅烧，升温速率和降温速率控制在
0.5
‑
3 ℃/min
，保温时间为1‑
3 h。
[0013]本专利技术制得的陶瓷膜相互连接的通孔平均孔径为
78
‑
183 μ
m
，具有气固分离功能的小孔平均孔径为2‑
10 μ
m
，孔隙率为
81.9%
‑
89.6%
，气体渗透率为
1007.4
‑
1283.6 m3m
‑2h
‑1kPa
‑1，对于直径小于
0.3 μ
m
粉尘的过滤效果为
95.62
‑
99.97%。
有益效果
[0014]本专利技术提供了一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法
。
该方法具有工艺简单
、
制备成本低等优点
。
[0015]陶瓷膜孔隙率及孔径与陶瓷粉体粒径
、...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法，其特征在于：具体操作步骤如下：
A、
常温常压下，将一定粒径的陶瓷粉末与水按（
0.3
‑
0.6
）：1的质量比进行混合并搅拌均匀，制得陶瓷悬浊液，将陶瓷悬浊液的
pH
值调节为8‑
11
，按陶瓷悬浊液质量的
0.03%
‑
0.15%
加入表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（
CTAB
），搅拌一定时间形成湿泡沫；
B、
将湿泡沫注入环形注模模具，在室温下干燥4‑
12 h
，再置于
40 ℃
至
100 ℃
环境中干燥6‑
24 h
，脱模后经煅烧过程得到高孔隙率陶瓷膜
。2.
根据权利要求1所述的一种基于直接发泡法制备高孔隙率气固分离陶瓷膜的方法，其特征在于：步骤
A
中所述陶瓷粉末的种类为
Al2O3、TiO2、Y2O3、ZrO2、SiO2、SiC、Si3N4或莫来石中的一种或几种...

【专利技术属性】
技术研发人员：仲兆祥，姚焕地，邹栋，刘金鑫，邢卫红，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：